專利名稱：：具有高化學和熱耐抗性和較好均勻性的用于堿性蓄電池隔片的無紡布的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種無紡布，它至少包括第一纖維和第二纖維，其中，至少所述第一纖維設計成芯皮纖維，所述第一纖維由第一和第二脂肪族聚酰胺構成，其中所述第一聚酰胺設計成皮材料，而所迷第二聚酰胺設計成芯材料，并且所述第二纖維至少部分地由脂肪族的第三聚酰胺構成。本發(fā)明還涉及一種蓄電池。
背景技術：
：所述類型的無紡布用作用于堿性蓄電池的隔片。這種隔片經(jīng)常用于含有含7JC堿性電解液的電化學能量存儲器中。常見的能量存儲器系統(tǒng)基于鎳-鋦、鎳-鋅、鎳-金屬氫化物或鋅-空氣-組合/化合物。在所有的能量存儲器中，都采用濃縮的苛性鈉溶液或苛性鉀溶液作為電解液。在能量存儲器中，兩個帶有不同電荷的電極的分隔采用基于無紡布的隔片材料，并由此可防止內(nèi)部短路。為了實現(xiàn)這個目的，無紡布必須在最高150°C的溫度下對電解液有耐抗性。此外，還要求無紡布對氧化過程有耐抗性并具有較小的離子穿透阻力。此外，這種無紡布還必須具有高的電子穿透阻力和永久的電解液可潤濕性。這里特別重要的是，存在高的電解液初始可潤濕性。最后，這種無紡布還必須對于電解液具有高的存儲能力以及對于從電極上溶解下來的顆粒具有高的截留(Rflckhalten)能力。特別重要的還有，無紡布必須具有高的機械穩(wěn)定性，即使在較長的運行時間之后仍具有這種穩(wěn)定性。在現(xiàn)有技術中已知由聚酰胺或聚烯烴制成的無紡布。聚酰胺無紡布主要用于鎳-鉤能量存儲器中。這是由于，這種能量存儲器的放電反應具有放熱的熱調(diào)性(Warmet(inung),而聚酰胺即使在較高的溫度下也是穩(wěn)定的。特別是當放電電流高時，例如在能量存儲器用于電動工具中時出現(xiàn)的放電電流，可達到1S0。C的峰值溫度。目前已知的聚酰胺無紡布會由于電解液發(fā)生一即使非常緩慢一化學分解，此時，會釋放出各種氮化合物。溫度越高，這種分解就進行得越快。能量存儲器中的溫度既隨著接出放電電流也隨著能量存儲器的能量密度而升高。近幾年來，對用于電動工具中的能量存儲器的要求大大提高。例如在專業(yè)領域使用的蓄電池鉆孔機所必須提供的持續(xù)電流提高20%，而能量存儲器的容量提高高于40。/。。這兩方面都導致高得多的溫度載荷，并導致所采用的聚酰胺無紡布水解的危險提高。這里，這種常用的無紡布最容易水解的組分是聚酰胺6,與此相反，聚酰胺6.6基本上是惰性的。對于熱的濃縮苛性鉀聚酰胺6具有強烈的易受影響性并會分解。宏觀上這由此反映出來，即，無紡布的最大拉力降低到低于初始值的10%的值。聚烯烴無紡布的4吏用也被排出在外，因為這種物質(zhì)在120°C就已具有強烈的收縮或熔化。在鎳-金屬氫化物能量存儲器中，電化學放電反應具有吸熱的熱調(diào)性。這種能量存儲器即使在接出(Abgrdfen)高電流時也不會變熱。另一方面，這種能量存儲器對于電解液中含氮的污染物/雜質(zhì)特別敏感。這種污染物會導致鎳-金屬氫化物能量存儲器較高的、不希望的自放電.由于這個原因，具有聚酰胺6的標準聚酰胺無紡布不能用于鎳-金屬氬化物能量存儲器中。因此，在這種系統(tǒng)中，采用由聚烯烴材料制成的無紡布，但必須對這種無紡布進行親水化處理。具有高的水解穩(wěn)定性的聚酰胺可抑制向電解液中釋放含氮的污染物。因此由這種聚酰胺制成的無紡布完全可以用于鎳-金屬氫化物能量存儲器中。對于其它由現(xiàn)有技術已知的包括芳香族聚酰胺的無紡布，是有問題的，即這種無紡布盡管是非常耐水解的，但多數(shù)具有小的親水性。此外不利的是，在制造無紡布時，會出現(xiàn)明顯的熱收縮，因為在已知的無紡布中，聚酰胺不是相互匹配的，以致于在對無紡布進行熱處理之后形成令人滿意的特性。
發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的在于，這樣設計和改進開頭所述類型的無紡布，即，使所述無紡布在熱加載作用后具有高的工作適用性(betriebstauglich)。前述目的通過具有權利要求1的特征的無紡布來實現(xiàn)。按照該權利要求，開頭這樣來設計和改進所述類型的無紡布，即，第一聚酰胺的熔點比第二和第三聚酰胺的熔點低至少40K。按本發(fā)明的方式可以獲知，選擇這種熔點差可以確保，第二纖維接近沒有收縮。此外還可以獲知，即，當?shù)谝痪埘０啡刍允沟谝缓偷诙w維相結合時，起芯材料作用的第二聚酰胺也接近沒有收縮。因此，通過第一和第二纖維的熱結合，可以制造這樣一種無紡布，所述無紡布特別是在制造中在熱加載作用之后只有很小的收縮。因此可以實現(xiàn)上述目的。第二聚酰胺可以與第三聚酰胺相同。由此可以實現(xiàn)無紡布特別均勻的結構，因為，起結構纖維作用的第二纖維與雙組分纖維的芯材料相同。因此可以制造具有基本上統(tǒng)一的構架(Gerttst)和基本上統(tǒng)一的機械特性的無紡布。第二或第三聚酰胺可以設計成聚酰胺6.6。聚酰胺6.6的特征在于高耐水解性。因此可以提供一種具有高耐水解性的構架結構的無紡布。第一聚酰胺可以設計成聚酰胺6.9。聚酰胺6.9的特征在于比聚酰胺6.6更高的耐水解性。通過這種具體的構型，可以采用一種雙組分纖維，其中皮組分具有比例如由聚酰胺6.6形成的芯組分低40K的熔點。由此可以在第一和第二纖維之間形成熱結合，而不會使芯材料或第二纖維發(fā)生明顯的收縮。此外，這種無紡布非常耐水解，并且具有足夠的親水性。此外還可以設想，笫一聚酰胺設計成聚酰胺6.10。聚酰胺6.10的特征在于比聚酰胺6.9還要高的耐水解性。還可以設想，第一聚酰胺設計成聚酰胺6.12。聚酰胺6.12的特征在于比聚酰胺6.10還高的耐水解性。第一聚酰胺可以設計成聚酰胺11。聚酰胺11的特征同樣在于比聚酰胺6.6低的熔點。這同樣適用于聚酰胺12。此外，長鏈聚酰胺，如聚酰胺6.9、聚酰胺6.10、聚酰胺6.12、聚酰胺11和聚酰胺12的特征在于高的耐水解性。聚酰胺的鏈越長，其耐水解性越高。另一方面，對于長鏈聚酰胺，隨著鏈長增加，親水性下降。因此，為了在親水性和耐水解性之間實現(xiàn)最佳的折中，可以設想，將聚酰胺6.6與一種長鏈的脂肪族聚酰胺，例如聚酰胺12相組合。這里，可以設想，雙組分纖維的芯材料由聚酰胺6.6制成，而皮材料由聚酰胺12制成。在這個背景下，第二纖維，即結構纖維，同樣由聚酰胺6.6制成。只采用脂肪族聚酰胺的優(yōu)點是可以進行化學-物理的后處理?？梢匀菀椎赝ㄟ^工藝方法一如等離子處理或氣相-氟化一而在其親水性上使脂肪鏈改性。對于芳香族，這種改性無法進行或只能在極端的條件下進行。但這種條件還潛藏著使所使用的聚酰胺分解或鏈斷裂的危險。聚酰胺11和聚酰胺12的熔點在180°C(左右)的范圍內(nèi)。聚酰胺6.9、聚酰胺6.10和聚酰胺6.12的熔點在215°C左右。這種高熔點使得這種聚酰胺適用于會出現(xiàn)高溫度的能量存儲器。所述第一纖維在纖維混合物中可以占總纖維成分的至少50%。這種構型的無紡布具有對于無紡布在能量存儲器中的應用足夠穩(wěn)定的架構結構。第一和第二纖維可以設計成相同的，即設計成雙組分纖維。這種無紡布的特征在于纖維彼此間特別緊密的結合，因為皮材料彼此相互熔合，并由此確保最大的穩(wěn)定性?？梢栽O想，除了第一和第二纖維以外還存在由聚苯硫醚制成的第三纖維。聚苯硫醚是高溫穩(wěn)定的，并且即使在非常高的溫度下也可以使無紡布的結構穩(wěn)定。在這個背景下可以設想，第一、第二和第三纖維以5:3:2的混合比例存在。這種比例已經(jīng)證明是非常有利的，一方面在超過150。C的非常高的溫度下確保高穩(wěn)定性，另一方面在足夠的親水性的同時確保高耐水解性。無紡布可以包括只由熱塑性的，熔點至少為150°C的聚酰胺構成的纖維。這種無紡布特別適于應用于電動工具中的能量存儲器中。在電動工具中會出現(xiàn)特別高的放電電流，但這種電流對于這樣裝備的無紡布幾乎沒有損壞。還可以設想，一種無紡布設計成，使其具有一種70%的纖維份額，其中該纖維份額的纖維只由熔點至少為150。C的熱塑性聚酰胺制成。此時，其余纖維份額的纖維具有比相應的第一聚酰胺的熔點高的熔點。無紡布的特征也可以在于具有一種至少卯％的纖維份額，其中，該(纖維份額)的纖維具有<2011111的纖維直徑。這種無紡布具有特別高的多孔性，并因此具有特別高的電解液吸收能力。同時這種無紡布還具有對于細小顆粒特別高的截留能力。所述無紡布的特征在于15至300g/i^的面密度。這個區(qū)間已經(jīng)證明是特別有利的，以一方面實現(xiàn)足夠的穩(wěn)定性，另一方面實現(xiàn)高的電解液吸收能力。所述無紡布可以具有20至1000fim的厚度。這個區(qū)間已經(jīng)證明是特別有利的，以在制造無紡布時實現(xiàn)高的再現(xiàn)性，另一方面可以毫無問題地巻繞無紡布。這里所述的無紡布可以在能量存儲器、特別是蓄電池中用作隔片材料或用作隔片的組成部分。特別可以^沒想，所述無紡布和薄膜一起用作隔片。蓄電池可以包括這里說明的無紡布。這種蓄電池的特征在于高適用性，因為這種蓄電池利用了所述無紡布的優(yōu)點。所述無紡布可以在蓄電池內(nèi)部用作電極的載體材料。此時，所述無紡布可攜帶可導電的顆?；蛟O有可導電的涂層，這〗吏得可以實現(xiàn)特別經(jīng)濟的蓄電池結構。目前為止還采用較昂貴的聚氨酯作為載體材料?，F(xiàn)在存在各種可能性來有利地設計和改進本發(fā)明的教導。對此，一方面可以參考后面的權利要求，另一方面可以參考下面根據(jù)表格和附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進^f亍的說明。結合根據(jù)表格和附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行的說明，還對所述教導優(yōu)選的設計方案和改進方案進行了總體上的說明。圖中圖1示出一種具有雙組分纖維的無紡布，所述纖維包含聚酰胺6.6作為芯材料和聚酰胺6作為皮材料，圖2示出圖1放大的視圖，以示出皮聚合物的分解(箭頭)，圖3示出一種包括雙組分纖維的無紡布，所述纖維包含聚酰胺6.6作為芯材料和聚酰胺12作為皮材料，以及圖4示出圖3放大的視圖。具體實施例方式表l示出純聚酰胺的無紡布，以及表2示出包含其它聚合物的無紡布，表l示出只由聚酰胺制成的無紡布，采用雙組分纖維作為第一纖維，其中稱為第一聚酰胺的聚酰胺代表皮組分，而稱為第二聚酰胺的聚酰胺構成芯組分。例如由第一雙組分纖維制成濕式無紡布1，所述纖維在皮部分包含聚酰胺12,而在芯部包含聚酰胺6.6。所述濕式無紡布1包括由聚酰胺6.6構成的結構纖維作為第二纖維。第一纖維和第二纖維的比例分別為50%。濕式無紡布1在制造中具有2%的熱收縮，其中濕式無紡布1受到190°C的溫度作用。濕式無紡布1在30%的氫氧化鉀溶液中在90°C下存放一個星期之后，其沿縱向的最高拉力損失15至20%。最后，在清洗后，濕式無紡布1在10分鐘內(nèi)具有7mm的氫氧化鉀上升高度。200710136211.8說明書第7/10頁針對濕式無紡布1對表1進行的說明類似地也適用于對比樣品(Nullprobe)以及濕式無紡布1至6以及干式無紡布1。所述說明類似地也適用于表2。表2示出除了聚酰胺以外還包括其它聚合物的無紡布。特別是濕式無紡布5和6包括由聚苯石危醚制成的第三纖維。濕式無紡布7包括聚酰胺6.6-漿狀物(Pulp)作為第三纖維。漿狀材料理解為高度原纖維(fibrillieren)的材料，所述材料的特征在于非常大的表面積。在實施例中示出的所有聚酰胺都可以添加穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑可以在脂肪族介質(zhì)中提高相對于氧化或水解的穩(wěn)定性。這里所述類型的全部無紡布可以借助常用的親水化方法進行后處理，如施加潤濕劑、等離子處理、電暈處理或氟化。所有這里所述的無紡布可以用于能量存儲器、特別是蓄電池的隔片中。圖1至4根據(jù)本發(fā)明的無紡布的電子顯微拍攝圖像。圖l和2示出一種無紡布，其中用作皮組分的聚酰胺6具有多孔結構。聚酰胺6顯示出裂紋和孔隙，所述裂紋和孔隙是在30%的氫氧化鉀溶液中在80°C下存放三個星期之后，由于皮部聚合物的分解而形成的。圖3和4示出同樣在30%的氫氧化鉀溶液中在80°C下存放三個星期的無紡布，在圖3和4中可以明顯地看出，雙組分纖維的皮組分沒有受到侵蝕。采用聚酰胺12作為皮組分。在兩種無紡布中都將聚酰胺6.6用作芯組分。由圖1至4可以明顯地看出，按圖3和4的本發(fā)明的無紡布對于堿液的侵蝕具有明顯較高的耐抗性，因此在堿性蓄電池中具有高的適用性。表1和2中的所有無紡布都具有70g/n^的面密度和200fim的厚度。作為纖維采用在1.7dtex纖度范圍內(nèi)的雙組分纖維和在l.Odtex范圍內(nèi)的聚酰胺6,6-結構纖維。采用在2dtex范圍內(nèi)的聚苯疏醚結構纖維。此外采用聚酰胺-漿狀材料作為第三纖維，本發(fā)明中討論的聚酰胺是根據(jù)按ISO標準ISO-18741(1992)的術語進行命名的。濕式無紡布是通過連續(xù)地在一帶上鋪放^在水中的纖維制成的。干10式無紡布是通過在一帶上鋪放巻曲變形的纖維制成的。第一纖維一即結合纖維一與第二纖維一即結構纖維一的結合或其內(nèi)部間的結合通過熱加載以及第一聚酰胺的熔接(Anschmelzen)或熔合(Aufschmelzen)而形成的。最后，特別應指出，前面純粹是任意選擇的實施例只是用于說明本發(fā)明的教導，但本發(fā)明的教導不應僅限于所述實施例。名稱<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>*在30%的氫氧化鐘溶液中在卯。C下存放一個星期表權利要求1.一種無紡布，至少包括第一纖維和第二纖維，其中，至少所述第一纖維設計成芯皮纖維，所述第一纖維由第一和第二脂肪族聚酰胺構成，其中所述第一聚酰胺設計成皮材料，而所述第二聚酰胺設計成芯材料，并且所述第二纖維至少部分地由芳香族的第三聚酰胺構成，其特征在于所述第一聚酰胺的熔點比第二和第三聚酰胺的熔點低至少40K。2.根據(jù)權利要求l的無紡布，其特征在于所述第二聚酰胺與第三聚酰胺相同。3.根據(jù)權利要求1或2的無紡布，其特征在于所述第二或第三聚酰胺設計成聚酰胺6.6。4.根據(jù)權利要求1至3之一的無紡布胺設計成聚酰胺6.9。5.根據(jù)權利要求1至3之一的無紡布胺i殳計成聚酰胺6.10。6.根據(jù)權利要求1至3之一的無紡布胺"^殳計成聚酰胺6.12。7.根據(jù)權利要求1至3之一的無紡布胺設計成聚酰胺ll。8.根據(jù)權利要求1至3之一的無紡布胺設計成聚酰胺12。9.根據(jù)權利要求1至8之一的無紡布以至少50%的比例存在于纖維混合物中。10.根據(jù)權利要求9的無紡布，其特征在于所述第一和第二纖維相同。11.根據(jù)權利要求1至9之一的無紡布，其特征在于存在由聚苯石克醚構成的第三纖維。12.根據(jù)權利要求11的無紡布，其特征在于所述第一、第二和第，其特征在于所述第一聚酰，其特征在于所述第一聚酰，其特征在于所述第一聚酰,其特征在于所述第一聚酰，其特征在于所述第一聚酰，其特征在于所述第一纖維三纖維以5:3:2的混合比例存在。13.根據(jù)權利要求1至10之一的無紡布，其特征在于包括這樣的纖維，該纖維只由熔點至少為150。的熱塑性聚酰胺構成。14.根據(jù)權利要求1至9之一的無紡布，其特征在于包括70%的這樣的纖維份額，該纖維份額的纖維只由熔點至少為150。的熱塑性聚酰胺構成。15.根據(jù)權利要求1至14之一的無紡布，其特征在于包括至少為90%的這樣的纖維份額，該纖維份額具有〈Ofim的纖維直徑。16.根據(jù)權利要求1至15之一的無紡布，其特征在于面密度為15至300g/m2。17.根據(jù)權利要求1至16之一的無紡布，其特征在于厚度為20至lOOOftm。18.包括根據(jù)前述權利要求之一的無紡布的蓄電池。19.根據(jù)^5L利要求18的蓄電池，其特征在于所述無紡布設計成用于電極的載體材料。全文摘要本發(fā)明涉及一種無紡布，它至少包括第一纖維和第二纖維，其中，至少所述第一纖維設計成芯皮纖維，所述第一纖維由第一和第二脂肪族聚酰胺構成，其中所述第一聚酰胺設計成皮材料，而所述第二聚酰胺設計成芯材料，并且所述第二纖維至少部分地第三芳香族聚酰胺構成，考慮到本發(fā)明的目的，即這樣設計和改進這種無紡布，即，使所述無紡布在熱加載作用后具有高的工作適用性，其特征在于所述第一聚酰胺的熔點比第二和第三聚酰胺的熔點低至少40K。本發(fā)明還涉及一種包括所述無紡布的蓄電池。文檔編號D04H1/54GK101113551SQ20071013621公開日2008年1月30日申請日期2007年7月10日優(yōu)先權日2006年7月10日發(fā)明者H·席林,P·克里策申請人:卡爾弗羅伊登柏格兩合公司